JP2007070171A

JP2007070171A - 天然多孔質体固化体及び固化方法

Info

Publication number: JP2007070171A
Application number: JP2005260082A
Authority: JP
Inventors: Shoji Seike; 捷二清家; Akira Seike; 晃清家
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2005-09-08
Publication date: 2007-03-22

Abstract

【課題】微細気孔を持つ多孔質である天然多孔質体を、微細気孔を壊さないで、成形し、
短時間に固化する。
【解決手段】火山灰、アロフェン、セピオライト、スメクタイト、ホルマイト、オパーリンシリカ、パーライト、イモゴライトなどの微細な気孔を持つ天然多孔質体にカルシウム成分、シリカ成分と水を配合し、成形、予備硬化後、温水硬化（例えば、６０℃の温水硬化）やオートクレーブ（例えば、１８０℃、10気圧、1時間保持）などで本硬化を行なうことによって、短時間に、天然多孔質体の微細気孔を持つ多孔質固化体を得る。

Description

本発明は、火山灰、アロフェン、セピオライト、スメクタイト、ホルマイト、オパーリンシリカ、パーライト、イモゴライトなどの天然多孔質体の固化体に関するものであり、天然多孔質体は微細な気孔を持ち、粉体の性状で、気体の脱臭材、水の浄化材、調湿材や有害成分の吸収材などとして広く利用されている。このような天然多孔質体の微細気孔を壊すことなく固化し、建材、生活部材、化学工業部材などの用途により広い有効利用しようとするものである。

天然多孔質体は、これまで粉体または粒状で利用されている場合が多いが、固化する方法としては、以下のような情報がある。特許公開平８−１２４０５水溶性では、ハロゲンガラス繊維、火山灰、無機軽量骨材などをポリアクリル酸ソーダ水溶液で懸濁し所定形状に成型し、乾燥固化した後、脱型し、成型品として形成する、特許公開２０００−１０４３５３ではセピオライトの粉末に起泡剤を加え、ポルトランドセメント、ガラスカレット、フライアッシュ、木節粘土を加えて撹拌して、混合混練りして軟泥状の組成物とし、所定形状に成形し乾燥した後、組成物成形体を１１００℃で焼成して多孔質焼結体を製造する、特許公開平５−２８０１２１ではセピオライト、ガラス繊維と熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂からなるスラリーを抄造して湿シートを形成し、この間にガラスクロスからなる無機クロスを挟着してから乾燥固化する、特許公開平８−１６８６４０ではチタン酸化物または水和酸化物とスメクタイト系粘度鉱物からなるペースト状混合物を乾燥固化させた後、粉砕して触媒担体とし、これにバナジウム化合物を湿式法により担持させるか、またはチタン酸化物もしくは水和酸化物とスメクタイト系粘度鉱物とバナジウム化合物とのペースト状混合物を乾燥固化させた後粉砕して窒素酸化物除去用触媒を製造する、特許公開平１１−８９４６８では鉄分を含有するアロフェン系粘土鉱物と、スメクタイト族粘土鉱物及びホルマイト族粘土鉱物との組成物の造粒物からなることを特徴とするペット用トイレ砂とする、特許公開平７−２７６５５８では熱可塑性樹脂管の外周面に、難燃剤を含んだ接着剤を吹き付け塗布し、電気植毛法によってヒル石やパーライト等の無機質材を植粒し、無機質材層を形成し固化する、特許公開２００１−３２８８５７ではオパーリンシリカとスメクタイトとを主原料として調湿性と自硬性とを備えた天然鉱物と、骨材、繊維質物、解膠剤などを混合し、現場で水と混練して施工する、特許公開平９−１１０５５１では水硬性無機材料と超軽量骨材と、シリカ質混和剤とを混練したモルタルを固化させる方法が記載されている。このように、天然多孔質体の固化については、いろいろな方法が試行されているが、天然多孔質体に対して固化体の配合量が多く、あるいは、有機物を使用していることから、あるいは焼結していることから、これらの天然多孔質体の持つ微細な気孔を塞ぎ、本来の機能を十分に発揮できるものでなかった。

この改善策として、本発明では、天然多孔質体とカルシウム成分とシリカ成分に水を加え、混練後、成形し、十分な加湿をしながら予備硬化を行ない、その後、例えば、オートクレーブで本硬化することによって、天然多孔質体の持つ微細な気孔の大部分を保持しながら、水和反応のよって固化体の作成を可能なものとする。
特許公開平８−１２４０５特許公開２０００−１０４３５３特許公開平５−２８０１２１特許公開平８−１６８６４０特許公開平１１−８９４６８特許公開平７−２７６５５８特許公開２００１−３２８８５７特許公開平９−１１０５５１

本発明によれば、優れた天然多孔質体の微細構造を破壊することなく、固化体を得るものである。

本発明の方法によれば、天然多孔質体にカルシウム成分、シリカ成分と水を配合し、予備硬化、本硬化を行なうことによって、天然多孔質体の優れた特性を大きく減少することなく、短時間に固化体を得るものである。すなわち、天然多孔質体と生石灰、消石灰、ポルトランドセメント、貝殻粉末の焼成物などのカルシウム成分と珪石粉末、シリカゲル、石炭灰などのシリカ成分と水を混練し、型に入れて成形し、室内または恒温加熱槽に数時間以上加湿状態で保管し（予備硬化）、離型できる程度に固まったら、型から外し、例えば、１８０℃、１０気圧の条件で水熱合成する（オートクレーブ硬化）と、天然多孔質体の特性が損なわれることなく十分な強度が有する固化体が得られる。オートクレーブ硬化をしない場合、十分な水分を与えて加温養生を行なえば、短時間に多孔質の状態を保持する天然多孔質が主成分の固化体が得られる。

従来、天然多孔質体は固体化が難しく、例えば、セピオライトの場合、採掘された塊状の原料の粒度を調整して、農地の土壌改質材、ろ過材として鉄分の除去、廃液等の処理、上下水道の浄化、養魚場の浄化などに利用されている。本発明によると、天然多孔質体の微細な気孔を壊すことなく、多孔質を維持し、かつ、容易に成形し、短時間のうちに固化することができるので、天然多孔質体の応用方法に適した任意の形状に成形、固化して多孔質固化体を利用することができる。天然多孔質体、生石灰、消石灰、ポルトランドセメント、珪石粉末、シリカゲル、石炭灰などは身近に、安価に入手できる原料であり、石炭灰、貝殻、ヒトデなどは一部分が産業廃棄物として処分されており、これらの原料を有効活用することによって、建材分野、化学分野に安価に、有効な素材を提供するものである。

カルシウム成分としては、生石灰、消石灰、ポルトランドセメント、貝殻粉末の焼成物が使用できる。生石灰は石灰石の粉末を焼成したもので、消石灰は生石灰を水と反応させたものであるが、いずれも天然原料を使用しており、安価で供給量の問題はない。ポルトランドセメントも、石灰石などを粉末にして焼成したものであり、容易に入手できる材料である。貝殻などは、国内では牡蠣、アコヤ貝、ホタテ貝、ヒトデなどの殻が埋め立てなどに廃棄されているが、粉末にして８００℃以上の温度で焼成すると酸化カルシウムとなり、ゼオライトの固化に使用することができる。産業廃棄物の有効利用となる。

天然多孔質体はシリカを主成分とする原料であり、カルシウム成分及び水と混合してオートクレーブ処理すると天然多孔質体中のシリカ成分とカルシウムが反応して、水和物が生成し、固化する。したがって、天然多孔質体は固化体の強度発現に必要な成分であり、固化後、一定以上の天然多孔質体が残留し、必要な強度と良好な調湿性、有害ガス吸着、触媒機能などの特性を発現するためには、２０重量％以上の天然多孔質体が必要であり、カルシウム成分を５重量％から６０重量％を配合するために９５重量％以下とした。天然多孔質体より反応し易い珪石微粉末やシリカゲル、石炭灰等のシリカ分を加えて強度を向上させることができる。この場合、シリカ分の配合割合が多いと、ゼオライトの配合割合が相対的に減少し、多孔質体が得られにくくなることから、シリカ分の配合割合は４０％以下とした。

カルシウムを５重量％から４０重量％とした理由は、５重量％未満の場合は、固化体の強度が十分得られず、４０重量％以下としたのは、４０重量％を越えると天然多孔質体の配合割合が相対的に減少し、調湿性、有害ガス吸着性、触媒機能が相対的に低下するためである。

多孔質固化物内に金網などを入れて硬化することによって、破損した場合にも、破片が飛散しない効果が期待できる。また、固化体の周囲に金属や木材やプラステックの枠を設けることによって、強度を増加することができ、取扱いを簡素化できる。

火山灰、アロフェン、セピオライト、スメクタイト、ホルマイト、オパーリンシリカ、パーライト、イモゴライトなどの天然多孔質体と生石灰、消石灰、セメント、牡蠣殻の粉砕物を８００℃で焼成した粉末（牡蠣殻粉）などのカルシウム成分と珪石粉末、石炭灰、シリカゲルなどのシリカ成分を表１の配合割合にし、水分を加えペースト状とし、直径４０ｍｍ、厚さ４０ｍｍの円柱の型に流し込み、バイブレーターで脱気し、表面から水分が乾燥しないように湿った布で覆い３０℃の恒温槽で1昼夜の予備硬化を行なった。型から試料を取り外し、厚さ約３０ｍｍの円柱試料と厚さ約１０ｍｍの円盤試料に切断し、１８０℃、１０気圧を１時間保持するオートクレーブ養生を行なった。厚さ３０ｍｍの円柱試料で圧縮強度を測定し、厚さ１０ｍｍの円盤試料で吸水率、嵩密度を測定した。その結果を表１に記載した。

これらの結果のように、本発明の方法によれば、吸水率が十分大きく、圧縮強度に優れた固化体を得ることができる。比較として行なった本発明以外の組成では、予備硬化で硬化しなかった、あるいは吸水率が小さい結果となった。

実施例１と同じ天然多孔質体を表２のように配合し、表２に示す硬化条件で硬化し、吸水率、嵩密度を測定する試料と圧縮強度を測定する試料を作成し、測定結果を表２に示した。ここで、予備硬化とは、配合物と水を混練してペースト状とし、型に流し込み、バイブレーターで脱気して、表面から水分が乾燥しないように湿った布で覆い３０℃の恒温槽で1昼夜の予備硬化を行なった。温水硬化とは、予備硬化が終了し離型した試料を所定の形状に切断後、さらに、６０℃の恒湿加熱槽に入れて24時間の硬化を行なった。オートクレーブ硬化とは、同様に、１８０℃、10気圧、１時間保持の条件でオートクレーブ硬化を行なった。これらの試料の吸水率、嵩密度、９０％相対湿度における吸湿率を測定し、配合割合とこれらの測定結果を表２に示した。

これらの結果から、予備硬化では圧縮強度は小さいものの、温水硬化で強度は増加し、さに、オートクレーブ硬化では、短時間に大きな強度が得られることが分かる。オートクレーブ硬化は１８０℃、１０気圧、１時間の条件に限定されるものでなく、例えば、１２０℃、２気圧あるいは１６０℃、６気圧のでもよく、保持時間も試料の大きさや形状に合わせて、均質に硬化できる条件を選ぶことができる。

本発明によれば、天然多孔質体の微細組織を壊さずに固化することを可能であり、天然多孔質体特長である調湿性、脱臭性、触媒機能などを損なうことなく固化することを可能とした。これまで、天然多孔質体は採掘した原石を破砕、粉砕して、塊状、粒状、粉体で利用していたが、任意の形状に成形し、固化することが可能になった。さらに、これらの固化体に、抗菌成分、光触媒成分を練り込みあるいはコーティングすると、内装材、外装材、家庭用部材のカビ抑制、汚れ防止、空気洗浄などの効果が期待できる。本発明のこれらの方法によって、天然多孔質体の化学工業、建築分野、生活部材への有効利用の方法はさらに広がり、産業上に貢献するところは大きい。

Claims

火山灰、アロフェン、セピオライト、スメクタイト、ホルマイト、オパーリンシリカ、パーライト、イモゴライトなどの天然多孔質体の１種以上と、カルシウム成分、シリカ成分からなり、天然多孔質体の微細な気孔を保持していることを特徴とする多孔質固化体。
天然多孔質体が２０重量％から９５重量％と、カルシウム成分が５重量％から４０重天然多孔質体量％、シリカ成分が４０重量％以下からなる請求項１の多孔質固化体。
カルシウム成分が生石灰、消石灰、ポルトランドセメント、貝殻、珊瑚、ヒトデなどの焼成物の１種以上である請求項１の多孔質固化体。
シリカ成分が珪石粉末、シリカゲル、石炭灰の１種以上である請求項１の多孔質固化体
天然多孔質体とカルシウム成分とシリカ成分に水を配合し、混練後、成形し、十分な加湿をしながら予備硬化を行ない、その後、オートクレーブで本硬化する請求項１の多孔質固化体の製法。